Manga de eje sin aceite: todo lo que necesita saber antes de comprar o instalar una

¿Qué es una camisa de eje sin aceite y qué problema resuelve?

Un manguito de eje sin aceite, también llamado cojinete de manguito autolubricante, buje sin aceite o manguito de eje seco, es un componente de rodamiento cilíndrico diseñado para soportar un eje giratorio u oscilante sin requerir ninguna lubricación externa como grasa, aceite o reengrase periódico. El manguito se envuelve alrededor del muñón del eje y proporciona una interfaz deslizante de baja fricción entre el eje y su alojamiento, dependiendo completamente de lubricantes sólidos incrustados o aplicados al propio material del rodamiento para controlar la fricción y el desgaste durante la vida útil del componente.

El problema que resuelven los manguitos de eje sin aceite es fundamentalmente el de acceso para mantenimiento, contaminación ambiental y confiabilidad operativa. En un cojinete de deslizamiento convencional lubricado con aceite, la fricción y el desgaste se controlan mediante un suministro continuo o periódico de aceite o grasa a la interfaz del cojinete. Esto funciona bien cuando el rodamiento es accesible para una lubricación de rutina, cuando el entorno operativo es limpio y templado y cuando la contaminación por aceite del equipo o producto circundante no es una preocupación. Pero muchas aplicaciones del mundo real no cumplen con una o más de estas condiciones: los cojinetes de los equipos de procesamiento de alimentos no se pueden engrasar con lubricantes a base de petróleo; los cojinetes que se encuentran en el interior de grandes estructuras de maquinaria son inaccesibles para un engrase regular; los rodamientos en entornos mineros polvorientos tienen su película de aceite contaminada a los pocos días de su aplicación; Los cojinetes en los transportadores de hornos de alta temperatura funcionan por encima de la temperatura de descomposición de cualquier aceite lubricante práctico.

Un manguito de eje sin aceite correctamente especificado elimina todas estas limitaciones. Proporciona la función de transporte de carga y localización del eje de un cojinete de deslizamiento convencional sin entrada de lubricación externa durante toda la vida útil del componente, normalmente de 5000 a 50 000 horas de funcionamiento, según el material, la carga, la velocidad y el entorno. Para los diseñadores de equipos, esto significa sistemas de lubricación más simples, menores costos de mano de obra de mantenimiento y la capacidad de instalar rodamientos en lugares que no serían prácticos de lubricar. Para los usuarios finales, significa reducir el tiempo de inactividad, eliminar los costos de adquisición de lubricantes y eliminación de desechos, y mejorar la limpieza del producto en aplicaciones sensibles.

Cómo funcionan los cojinetes lisos autolubricantes: la ciencia detrás del funcionamiento sin aceite

La capacidad de un manguito de eje sin aceite para funcionar sin lubricación externa no es simplemente una cuestión de utilizar un material de baja fricción; depende de un mecanismo tribológico específico mediante el cual la superficie del rodamiento genera y repone activamente una película lubricante durante la operación.

Formación de película de transferencia de lubricante sólido

El mecanismo más importante en los cojinetes de deslizamiento autolubricantes es la formación de una película de transferencia en la superficie del eje de contacto. A medida que el eje gira contra el orificio del rodamiento, cantidades microscópicas de lubricante sólido (generalmente PTFE (politetrafluoroetileno), grafito, disulfuro de molibdeno (MoS₂) o combinaciones de estos se liberan del material del rodamiento y se adhieren a la superficie del eje como una capa delgada y continua, generalmente de 1 a 5 µm de espesor. Una vez que se establece esta película de transferencia (generalmente dentro de las primeras horas de operación, llamado período de "rodaje"), el contacto es efectivamente entre dos superficies lubricadas (la película de transferencia en el eje y el lubricante sólido en el orificio del rodamiento) en lugar de entre el metal desnudo y el material del rodamiento. Esto reduce drásticamente el coeficiente de fricción (normalmente entre 0,03 y 0,15, según el material y las condiciones) y la tasa de desgaste durante el resto de la vida útil del rodamiento.

Mecanismos de liberación de lubricante sólido

Los diferentes diseños de cojinetes lisos sin aceite liberan su lubricante sólido a través de diferentes mecanismos. En los cojinetes de metal sinterizado (bronce o hierro sinterizado impregnados de aceite), el lubricante se libera térmicamente: la matriz metálica porosa se expande ligeramente bajo el calor de la fricción, bombeando el aceite almacenado a la superficie; Cuando el rodamiento se enfría en reposo, el aceite vuelve a entrar por acción capilar. En los rodamientos compuestos revestidos de PTFE, la baja energía superficial del PTFE naturalmente hace que se manche la superficie del eje bajo presión de contacto. En los rodamientos de bronce con tapón de grafito, los insertos de grafito se presionan directamente en los orificios o ranuras de la matriz de bronce, y el contacto deslizante corta progresivamente las partículas microscópicas de grafito que forman la capa de lubricación. En los rodamientos de matriz polimérica rellenos de PTFE, grafito o MoS₂, las partículas de relleno se distribuyen homogéneamente por todo el material y quedan expuestas continuamente en la superficie de desgaste a medida que el rodamiento gira.

El límite de PV: comprensión del límite de la autolubricación

Cada manguito de eje autolubricante sin aceite tiene un valor PV límite: el producto de la presión del rodamiento P (en MPa o psi) y la velocidad de deslizamiento V (en m/s o pies/min) a la que el material del rodamiento puede funcionar sin sobrecalentamiento, desgaste excesivo o agarrotamiento. El límite PV es el límite de rendimiento fundamental para los rodamientos autolubricantes, análogo a la capacidad de carga de un rodamiento con elementos rodantes. Cuando se excede el valor PV, la generación de calor por fricción en la interfaz excede la capacidad del material del rodamiento para conducir el calor, causando degradación térmica del lubricante sólido, desgaste acelerado y, en última instancia, falla del rodamiento. Los diseñadores deben calcular el PV real para su aplicación (P = carga radial/área proyectada; V = π × diámetro del eje × RPM/60 000) y confirmar que está por debajo del límite de PV nominal del material, generalmente con un factor de seguridad de 2 a 3 para operación continua.

Principales tipos de materiales para camisas de eje sin aceite y sus propiedades

El rendimiento de un manguito de eje autolubricante está determinado en gran medida por la elección del material base y el sistema de lubricante sólido. Cada tipo de material tiene fortalezas, limitaciones y áreas de aplicación que mejor se adaptan. A continuación se ofrece una descripción detallada de las categorías principales.

Mangas de bronce con grafito

Los manguitos sin aceite de bronce con tapón de grafito, a veces llamados manguitos de "bronce de grafito" o "bronce sin mantenimiento", consisten en un cuerpo de bronce con o sin plomo con tapones cilíndricos de grafito o compuesto de grafito-MoS₂ prensados en orificios perforados que se distribuyen regularmente a lo largo del orificio y, a veces, en las caras de los extremos. El bronce proporciona una excelente capacidad de carga (presiones de funcionamiento de hasta 60 a 80 MPa en algunos grados), alta conductividad térmica para la disipación del calor y buena estabilidad dimensional. Los tapones de grafito contribuyen a la función autolubricante y representan normalmente entre el 20% y el 35% de la superficie del rodamiento por cobertura. Estos manguitos funcionan de forma fiable hasta 400 °C (utilizando compuestos de carbono y grafito en lugar de grafito puro) y son adecuados para velocidades de deslizamiento lentas a moderadas (hasta aproximadamente 2 m/s continuos). Son el tipo de cojinete de deslizamiento sin aceite más ampliamente especificado para maquinaria industrial (transportadores, prensas, polipastos, máquinas de moldeo por inyección y equipos de fabricación en general) debido a su combinación de alta capacidad de carga, amplio rango de temperaturas y robustez en ambientes contaminados.

Rodamientos de manguito compuestos revestidos de PTFE

Los manguitos compuestos sin aceite revestidos de PTFE (comúnmente conocidos con nombres comerciales como DU® de Oiles, DP4® de SKF/Glacier o productos similares de Igus y Permaglide) constan de un respaldo de acero, una capa intermedia de bronce poroso (normalmente sinterizada al acero) y una capa deslizante compuesta de PTFE-plomo o fibra de PTFE de 0,01 a 0,03 mm de espesor unida al bronce. El respaldo de acero proporciona retención de ajuste a presión en el orificio de la carcasa, la capa intermedia de bronce ancla mecánicamente la capa de PTFE y la capa superficial de PTFE proporciona un coeficiente de fricción excepcionalmente bajo (0,03 a 0,12 bajo cargas típicas) y una excelente resistencia química. Esta construcción logra un equilibrio óptimo entre fricción muy baja, sección transversal compacta (espesor de pared de entre 0,7 y 1,5 mm, lo que permite su uso en aplicaciones con espacio limitado), alta capacidad de carga (hasta 250 MPa estática) y buena conducción de calor a través de la parte posterior de acero. Los manguitos compuestos de PTFE son la opción estándar para aplicaciones automotrices (cojinetes de pivote de pedal, guías de riel de asiento, pivotes de bisagra de puerta), maquinaria agrícola e ingeniería mecánica en general donde se necesita un cojinete delgado y autolubricante en una carcasa de precisión. Su principal limitación es un techo de temperatura moderada (funcionamiento continuo hasta 120-150 °C para las variantes sin plomo) y la sensibilidad a cargas de choque que pueden deslaminar la capa de PTFE.

Manguitos de bronce sinterizado (impregnados con aceite)

Los cojinetes de deslizamiento de bronce sinterizado se fabrican presionando y sinterizando polvo de bronce en una estructura porosa con un volumen vacío del 20 al 35 % y luego impregnando al vacío los poros con aceite lubricante (normalmente aceite mineral o sintético ISO VG 68-150). El aceite almacenado en la matriz porosa se libera a la superficie del rodamiento por acción térmica y capilar durante el funcionamiento y se reabsorbe cuando el rodamiento está en reposo, creando un depósito de lubricación autónomo que normalmente proporciona entre 20 000 y 50 000 horas de funcionamiento sin mantenimiento a cargas y velocidades moderadas. Los manguitos sin aceite de bronce sinterizado son más eficaces a velocidades bajas a moderadas (velocidades superficiales inferiores a 2 m/s), cargas ligeras a moderadas y temperaturas inferiores a 80 °C (por encima de las cuales el aceite almacenado se degrada o se expulsa demasiado rápido). Son el tipo de rodamiento dominante en pequeños motores eléctricos, electrodomésticos, bombas, ventiladores, equipos de oficina y herramientas eléctricas, aplicaciones caracterizadas por una rotación continua a baja velocidad donde la película de aceite autorregenerable mantiene un rendimiento excelente a un costo muy bajo. Son menos adecuados para aplicaciones de alta temperatura, alta carga o movimiento oscilante.

Cojinetes de manguito de polímero y termoplástico

Los cojinetes de deslizamiento sin aceite a base de polímeros se fabrican a partir de termoplásticos de ingeniería (acetal (POM), nailon (PA66), UHMW-PE, PEEK o PTFE, a menudo con cargas lubricantes sólidas (grafito, MoS₂, fibra de carbono, PTFE) compuestas en la matriz. Estos rodamientos son extremadamente livianos, totalmente resistentes a la corrosión, no conductores de electricidad, resistentes a una amplia gama de productos químicos y adecuados para aplicaciones en contacto con alimentos (grados disponibles que cumplen con FDA/EC 1935/2004). Sus principales ventajas y desventajas son una menor capacidad de carga que las alternativas con respaldo metálico, un coeficiente significativo de expansión térmica (que requiere un mayor espacio diametral para evitar el gripado a temperaturas elevadas) y la absorción de humedad en grados de poliamida que pueden afectar las dimensiones y el espacio libre. Los proveedores líderes de cojinetes lisos de polímero incluyen Igus (gama iglide®), Trelleborg (Turcon®) y Saint-Gobain (Norgelide®). Los materiales Igus iglide en particular se prueban exhaustivamente con datos de tasa de desgaste publicados para cientos de combinaciones de material y eje, lo que los hace prácticos de especificar para una amplia gama de aplicaciones de carga baja a media.

Hierro fundido con matriz de grafito (mangas de grafito de carbono)

Los cojinetes de deslizamiento de carbono y grafito se fabrican a partir de una mezcla de carbono (o grafito) y varios aglutinantes (resinas, brea, impregnantes metálicos) que se moldean y hornean a altas temperaturas para producir una estructura rígida y porosa con lubricidad inherente. Son el material elegido para aplicaciones de manguitos sin aceite a temperaturas muy altas: se puede lograr un funcionamiento continuo de hasta 500 °C con grados de grafito de carbono impregnados de metal, mucho más allá de la capacidad de cualquier rodamiento de polímero o bronce convencional. Los manguitos de eje de grafito de carbono se utilizan ampliamente en hornos de procesamiento de alimentos, equipos de fabricación de vidrio, componentes auxiliares de turbinas de vapor, sistemas transportadores de alta temperatura y cojinetes de bombas de fluido caliente. Son frágiles (resistencia a la tracción de 30 a 80 MPa, mucho menor que la del bronce), tienen una capacidad de carga limitada en comparación con los cojinetes metálicos y requieren un manejo e instalación cuidadosos para evitar grietas. Sin embargo, en aplicaciones por encima de 250 °C donde ningún otro material de rodamiento autolubricante puede sobrevivir, el grafito de carbono suele ser la única opción viable.

Comparación de tipos de cojinetes de deslizamiento sin aceite: una tabla de referencia rápida

Seleccionar el material correcto del manguito del eje sin aceite para una aplicación específica requiere sopesar múltiples parámetros de rendimiento simultáneamente. Esta tabla comparativa proporciona una descripción general de los principales tipos de materiales para guiar la selección inicial.

Dónde se utilizan camisas de eje sin aceite: aplicaciones industriales clave

Los cojinetes de deslizamiento autolubricantes se han introducido en prácticamente todas las industrias que utilizan maquinaria rotativa, pero ciertos sectores dependen mucho más de ellos que otros debido a requisitos operativos específicos que hacen que los cojinetes lubricados convencionales no sean prácticos.

• Procesamiento de alimentos y bebidas: Las regulaciones de higiene en el procesamiento de alimentos (FDA, EHEDG, estándares 3-A) prohíben que los lubricantes a base de petróleo entren en contacto o potencialmente entren en contacto con productos alimenticios. Los cojinetes de manguito autolubricantes, en particular los cojinetes de polímero que cumplen con la FDA y los tipos compuestos de PTFE de calidad alimentaria, son la solución estándar para pasadores de pivote de transportadores, soportes de ejes de agitadores, guías de máquinas de llenado y equipos de envasado sin el riesgo de contaminación de la lubricación con grasa. Los manguitos de PTFE con respaldo de acero inoxidable y los manguitos de polímero a base de PEEK son los preferidos para entornos de limpieza en húmedo (CIP) donde también se requiere resistencia a la corrosión.
• Equipos agrícolas y fuera de carretera: Los cojinetes de la maquinaria agrícola (sembradoras, cultivadores, mecanismos de cosechadoras y varillajes de tractores) están sujetos a una fuerte contaminación por tierra, arena, restos de cultivos y agua, lo que destruye rápidamente las películas de aceite en los cojinetes convencionales. Los manguitos sin aceite de bronce con tapón de grafito y los bujes de bronce sinterizado se utilizan ampliamente para pasadores de pivote y muñones de eje en equipos agrícolas porque toleran la contaminación mucho mejor que los cojinetes lubricados con aceite y no requieren el reengrase frecuente que de otro modo sería necesario cada pocos días durante la temporada de operación.
• Automoción y Transporte: Los vehículos de pasajeros modernos contienen entre 20 y 100 cojinetes de manguito autolubricantes, la mayoría de ellos casquillos compuestos de PTFE de pared delgada (tipo DU) que se utilizan en conjuntos de pedales, pivotes de bisagras de puertas, guías de rieles de asientos, casquillos de suspensión, soportes del rotor del alternador y pivotes de la columna de dirección. La aplicación automotriz exige dimensiones extremadamente compactas, una capacidad de carga muy alta por unidad de volumen, una vida útil sin mantenimiento que coincida con el intervalo de servicio del vehículo y un rendimiento constante en un amplio rango de temperaturas (de -40 °C a 120 °C). Los manguitos compuestos de PTFE de pared delgada satisfacen todos estos requisitos a un bajo costo por pieza.
• Equipos de Construcción y Minería: Las excavadoras, grúas, topadoras y equipos de perforación utilizan manguitos sin aceite de bronce con tapón de grafito de gran diámetro en pasadores de pivote para cucharones, plumas y palas donde son comunes diámetros de cojinete de 50 a 200 mm y espesores de pared de 5 a 15 mm. La combinación de cargas extremas, movimiento oscilante lento, gran contaminación e inaccesibilidad para la lubricación hacen que los manguitos de eje autolubricantes de alta resistencia sean esencialmente la única tecnología de rodamientos práctica para estas aplicaciones. Las matrices de bronce con alto contenido de plomo o bronce de aluminio con alto contenido de tapón de grafito son estándar en las especificaciones de rodamientos de pivote para equipos de construcción.
• Maquinaria Textil y de Impresión: La maquinaria textil funciona continuamente a altas velocidades y requiere cojinetes que no contaminen el hilo o la tela con aceite o grasa. Los manguitos compuestos de bronce sinterizado y PTFE son estándar en los cojinetes de soporte de husillo, cojinetes de rodillos guía y cojinetes de pivote de marcos de lizos en máquinas de tejer e hilar. Las prensas de impresión de alta velocidad utilizan manguitos sin aceite en cojinetes de rodillos guía del papel donde cualquier lubricante en la superficie del papel causaría defectos de impresión.
• Equipos médicos y de laboratorio: Los dispositivos médicos (robots quirúrgicos, sistemas de imágenes, mecanismos de elevación de pacientes y analizadores de laboratorio) requieren rodamientos que estén completamente libres de contaminación por lubricante, que se puedan limpiar con desinfectantes, que sean biocompatibles y que funcionen de forma silenciosa. Para estas aplicaciones exigentes se especifican cojinetes de deslizamiento sin aceite de polímeros especiales y basados ​​en PTFE en carcasas de acero inoxidable, a menudo según los estándares de dispositivos FDA Clase II o Clase III con documentación completa de pruebas de biocompatibilidad de materiales.

Cómo seleccionar la funda de eje sin aceite adecuada para su aplicación

La selección de un cojinete de deslizamiento autolubricante requiere una evaluación sistemática de la carga, velocidad, temperatura, entorno y restricciones dimensionales de la aplicación. Apresurarse en esta selección (elegir un rodamiento basándose únicamente en el tamaño o el costo) es la fuente más común de fallas prematuras en los rodamientos en aplicaciones de rodamientos sin mantenimiento.

Paso 1: Determine la carga y calcule la presión del rodamiento

La carga radial sobre el manguito del eje debe calcularse a partir de las fuerzas aplicadas, incluidas las cargas de gravedad, las fuerzas motrices y las cargas dinámicas o de choque. La presión del rodamiento P se calcula como P = F / (d × L), donde F es la carga radial en Newtons, d es el diámetro del eje en mm y L es la longitud del rodamiento en mm. El P resultante en N/mm² (MPa) debe estar por debajo de la presión de soporte máxima permitida del material a la temperatura de funcionamiento. Para aplicaciones sometidas a cargas de choque, multiplique la carga estática por un factor de choque de 1,5 a 3,0 antes de calcular P. Los rodamientos con relaciones L/d entre 0,5 y 1,5 proporcionan una buena distribución de la carga; Las relaciones superiores a 2,0 pueden causar carga en los bordes en los extremos del manguito si el eje o la carcasa tienen alguna desalineación.

Paso 2: Calcule la velocidad de deslizamiento y el valor PV

Para aplicaciones de eje giratorio, calcule la velocidad de deslizamiento de la superficie como V = (π × d × n) / 60 000, donde d es el diámetro del eje en mm y n es la velocidad de rotación en RPM, lo que da V en m/s. Luego calcule PV = P × V y compárelo con el límite de PV nominal del material (disponible en las hojas de datos del fabricante). La mayoría de los manguitos de bronce y grafito tienen límites de PV de 0,1 a 0,5 MPa·m/s; Compuestos de PTFE 0,05–0,15 MPa·m/s; Los cojinetes de polímero varían ampliamente (0,05–0,5 MPa·m/s según el grado). Para aplicaciones oscilantes (pivotes, balancines), la velocidad de deslizamiento se calcula a partir de la longitud del arco por ciclo y la frecuencia en lugar de las RPM continuas, lo que normalmente da como resultado valores de V mucho más bajos que permiten presiones permisibles más altas.

Paso 3: definir la temperatura y las condiciones ambientales

Identifique la temperatura máxima de funcionamiento continuo y cualquier variación máxima de temperatura que experimentará el rodamiento. Descartar tipos de materiales cuya temperatura nominal máxima esté por debajo de este límite. Luego identifique los contaminantes ambientales (agua, ácidos, álcalis, solventes, alimentos, polvo abrasivo) y verifique la compatibilidad química con el material del rodamiento. Tenga en cuenta que muchos materiales que contienen polímeros son resistentes a los productos químicos, pero tienen excepciones específicas (por ejemplo, el acetal POM es atacado por ácidos fuertes; el PEEK tiene una excelente resistencia química; el PTFE es químicamente resistente a prácticamente todo, excepto al flúor y los metales alcalinos fundidos).

Paso 4: Determine el material del eje y el acabado de la superficie

La superficie de contacto del eje tiene un efecto significativo en la vida útil y el coeficiente de fricción de un cojinete de manguito autolubricante. Las superficies duras y lisas del eje minimizan el desgaste de los rodamientos y facilitan la formación de una película de transferencia. La dureza del eje recomendada para aplicaciones de manguito sin aceite es HRC 30 como mínimo para rodamientos compuestos de grafito-bronce y PTFE, siendo preferible HRC 45-60 para una larga vida útil. El acabado de la superficie del eje debe ser Ra 0,4–0,8 µm (acabado esmerilado); los ejes más lisos (Ra por debajo de 0,2 µm) en realidad pueden inhibir la adhesión de la película de transferencia, mientras que los ejes más rugosos (Ra por encima de 1,6 µm) provocan un desgaste abrasivo acelerado del orificio del rodamiento. Los ejes de acero inoxidable funcionan bien con la mayoría de los tipos de rodamientos sin aceite; Los ejes de acero dulce sin endurecer se desgastan más rápido y no se recomiendan para aplicaciones exigentes. Para materiales de eje blando (aluminio, latón blando, plástico), consulte con el fabricante del rodamiento para conocer los requisitos mínimos de dureza del eje específicos para su grado de material.

Tolerancias dimensionales y ajuste: conseguir el espacio libre correcto

La holgura diametral correcta entre el orificio del manguito del eje sin aceite y el muñón del eje es fundamental para el rendimiento. Una holgura demasiado pequeña hace que el rodamiento agarre el eje (agarre durante el arranque o durante la expansión térmica); Demasiada holgura permite el movimiento del eje, lo que provoca cargas de impacto, ruido y desgaste rápido tanto del rodamiento como de la superficie del eje.

Espacio libre recomendado entre eje y orificio

Como pauta general, el juego diametral de funcionamiento entre el eje y el orificio del manguito sin aceite después de la instalación debe ser 0,001 × el diámetro del eje para rodamientos compuestos de PTFE con respaldo metálico y 0,002 × el diámetro del eje para rodamientos de bronce grafito y bronce sinterizado a temperatura ambiente. Para los rodamientos de polímero, normalmente se necesitan holguras más altas (0,003–0,005 × diámetro del eje) para adaptarse al mayor coeficiente de expansión térmica y al posible hinchamiento por humedad. Para un eje de 25 mm de diámetro, esto significa una holgura de funcionamiento de aproximadamente 0,025 mm para compuestos de PTFE, 0,05 mm para grafito-bronce y 0,075-0,125 mm para tipos de polímero. Siempre tenga en cuenta la expansión térmica tanto del eje como del material del manguito a la temperatura máxima de funcionamiento al calcular el espacio libre mínimo de funcionamiento.

Tolerancia del orificio de la carcasa para retención de ajuste a presión

Los cojinetes de deslizamiento sin aceite casi siempre se instalan con un ajuste de interferencia en el orificio del alojamiento para evitar la rotación del manguito en el alojamiento (lo que causaría fricción y falla rápida tanto del alojamiento como del diámetro exterior del manguito). La tolerancia de carcasa estándar para la mayoría de los tipos de cojinetes de deslizamiento es H7, con el diámetro exterior del manguito fabricado con tolerancia s6 o r6 para un ajuste a presión de ligero a medio. Para manguitos con respaldo de acero compuesto de PTFE, la interferencia suele ser de 0,02 a 0,06 mm de diámetro para carcasas en el rango de 10 a 80 mm. Para fundas de polímero prensadas en carcasas de aluminio o plástico, la interferencia se debe calcular cuidadosamente porque la expansión térmica del material de la carcasa puede aumentar la interferencia (en fundas con respaldo de acero en carcasas de aluminio) o reducirla (en fundas de polímero en carcasas de polímero) a la temperatura de funcionamiento; cualquiera de los dos extremos puede causar problemas.

Efecto del ajuste a presión sobre el tamaño del orificio

Cuando se presiona un manguito sin aceite dentro de un alojamiento, el tamaño del orificio del alojamiento se reduce ligeramente debido a la compresión elástica de la pared del manguito y a la deformación plástica en la interfaz. Esta reducción del orificio, denominada "corrección de ajuste a presión", debe medirse y tenerse en cuenta al especificar el diámetro del orificio del manguito. Para manguitos compuestos de PTFE de pared delgada (espesor de pared de 0,75 a 2,5 mm), la reducción del orificio después del prensado suele ser de 0,01 a 0,04 mm, dependiendo del espesor de la pared y la interferencia. Los fabricantes proporcionan tablas de corrección de orificios para sus productos específicos; utilícelas siempre para calcular el diámetro del orificio tal como se fabrica requerido para lograr la holgura de funcionamiento objetivo después de la instalación.

Mejores prácticas de instalación para manguitos de eje sin aceite

Incluso un cojinete de deslizamiento autolubricante correctamente especificado fallará prematuramente si se instala incorrectamente. Estas pautas de instalación se aplican a todos los principales tipos de cojinetes de deslizamiento sin aceite y con frecuencia se pasan por alto en situaciones de mantenimiento en el campo.

• Utilice una herramienta de ajuste a presión, nunca un martillo: Utilice siempre un mandril de instalación o una prensa de eje del tamaño correcto para colocar el manguito directamente en el orificio de la carcasa. Al introducir el manguito con un martillo se aplican cargas de impacto desiguales que pueden agrietar los rodamientos frágiles (tipos compuestos de cerámica y grafito de carbono), distorsionar los manguitos compuestos de PTFE de pared delgada o crear rebabas en el orificio del rodamiento que dañarán la superficie del eje en la primera rotación. El mandril debe hacer contacto uniformemente con la cara extrema del manguito en toda su circunferencia.
• Asegúrese de que el orificio de la carcasa esté limpio, tenga el tamaño correcto y tenga un chaflán de entrada: Limpie todas las virutas de mecanizado, el óxido y los residuos del orificio de la carcasa antes de la instalación. Verifique el diámetro del orificio con un calibre de orificio calibrado; un orificio de 0,05 mm sobredimensionado hará que el manguito gire en el alojamiento a las pocas horas de funcionamiento. Mecanice un chaflán de entrada de 15 a 30° en el extremo de entrada del orificio del alojamiento para guiar el manguito sin desgastar la superficie del diámetro exterior.
• No aplique lubricante al diámetro exterior del alojamiento o al diámetro exterior del manguito: Aplicar aceite o grasa al diámetro exterior de una manga sin aceite antes de presionar es un error común. Si bien facilita el montaje, reduce la fricción del ajuste de interferencia que impide que el manguito gire en la carcasa. Si una interferencia muy alta hace que el prensado en seco no sea práctico, use una pequeña cantidad de compuesto de retención de rodamientos (por ejemplo, Loctite 638) en el orificio del soporte; esto une el manguito en su lugar y es más confiable que la interferencia sola para manguitos de polímero en soportes blandos.
• Verifique el tamaño del orificio después de la instalación: Después de presionar el manguito en la carcasa, mida siempre el diámetro del orificio en dos o tres posiciones a lo largo y en dos orientaciones perpendiculares para detectar cualquier distorsión irregular causada por el proceso de ajuste a presión. Si el orificio se ha cerrado más de lo esperado (más allá de los valores de la tabla de corrección del fabricante), cambie su tamaño puliéndolo al diámetro objetivo; no intente mecanizar una cantidad significativa de material, ya que esto puede eliminar la capa de PTFE en los tipos compuestos de paredes delgadas.
• Permitir condiciones de rodaje: Durante las primeras horas de funcionamiento después de la instalación, el manguito del eje sin aceite pasa por su proceso de rodaje donde la película de transferencia se establece en la superficie del eje. Durante este período, la fricción y la temperatura son ligeramente más altas que los valores en estado estacionario. Cuando sea posible, haga funcionar los cojinetes de deslizamiento nuevos sin aceite con una carga reducida (50 a 70 % de la carga operativa) durante las primeras 5 a 10 horas de funcionamiento para permitir un rodaje controlado sin sobrecalentamiento. Evite arrancar un rodamiento autolubricante recién instalado bajo carga de choque total o velocidad máxima simultáneamente.
• Inspeccione el estado de la superficie del eje antes de instalar manguitos de repuesto: Al reemplazar manguitos de eje sin aceite desgastados, siempre inspeccione el muñón del eje en busca de ranuras de desgaste, picaduras de corrosión o rayas que acelerarían el desgaste del nuevo rodamiento. Un eje con una rugosidad superficial Ra superior a 1,6 µm (marcas visibles) debe rectificarse o reemplazarse antes de instalar nuevos manguitos sin aceite; instalar un nuevo rodamiento autolubricante en una superficie de eje desgastada dará como resultado una vida útil significativamente más corta de lo esperado, a menudo dentro del 10 al 20 % de la vida útil normal.

Manguito sin aceite versus rodamiento con elementos rodantes: cuándo usar cada uno

Una de las preguntas más comunes al especificar rodamientos para un nuevo diseño es si se debe utilizar un rodamiento de manguito autolubricante o un rodamiento con elementos rodantes (rodamiento de bolas, rodamiento de rodillos). Ambos tienen roles legítimos y la elección debe basarse en requisitos específicos más que en hábitos o disponibilidad.

• Elija una camisa de eje sin aceite cuando: El movimiento es lento (por debajo de 2 m/s de velocidad superficial para tipos metálicos, por debajo de 0,5 m/s para tipos de polímeros), se trata de una rotación oscilante en lugar de continua, el espacio de la envoltura radial es muy limitado (los manguitos de pared delgada ocupan mucho menos espacio radial que los rodamientos de elementos rodantes de capacidad de carga equivalente), la contaminación o la entrada de humedad destruirían rápidamente la grasa de los rodamientos, la temperatura de funcionamiento es superior a 150 °C (más allá del límite de la mayoría de las grasas para rodamientos), o cuando la vibración y la carga de impacto causarían desconchado de pistas de elementos rodantes.
• Elija un rodamiento de elementos rodantes cuando: Están involucradas altas velocidades de rotación (los rodamientos con elementos rodantes tienen una fricción mucho menor a altas velocidades porque operan en el régimen de lubricación elastohidrodinámica mientras que los rodamientos de manguito permanecen en lubricación límite), se deben soportar cargas radiales y axiales (los rodamientos de bolas de contacto de cuatro puntos o de contacto angular manejan la carga combinada de manera más eficiente que los rodamientos de manguito), se requiere un posicionamiento radial del eje muy preciso (los rodamientos de elementos rodantes con precarga mantienen la posición del eje con una precisión de nivel de micras que no se puede lograr con manguitos de holgura deslizante), o cuando la pérdida de potencia del rodamiento es La alta velocidad es un factor de eficiencia importante en el diseño del sistema.
• Enfoque híbrido para aplicaciones exigentes: Algunos diseños se benefician del uso de cojinetes de elementos rodantes para la función primaria de transporte de carga de alta velocidad combinados con cojinetes de deslizamiento sin aceite para funciones de guía secundaria, superficies de tope o como revestimientos antifricción en soportes que deben adaptarse a una ligera desalineación del eje. Este enfoque es común en diseños de husillos de máquinas herramienta, tapas de extremos de rodillos transportadores y mecanismos de instrumentos de precisión.

Solución de problemas comunes de la manga del eje sin aceite

Cuando un manguito de eje sin aceite falla antes de su vida útil esperada (por desgaste excesivo, agarrotamiento, ruido o cambio dimensional), la causa raíz casi siempre se puede atribuir a uno de un pequeño número de errores comunes en la selección, instalación u operación. A continuación te ofrecemos una guía práctica para diagnosticar y resolver los problemas más frecuentes.

Desgaste rápido: vida útil del rodamiento muy inferior a la esperada

El desgaste rápido de un manguito autolubricante suele deberse a que el PV real excede el límite nominal (vuelva a verificar los cálculos de carga, velocidad y temperatura), la rugosidad de la superficie del eje es mayor que la recomendada (Ra superior a 1,6 µm), la superficie del eje es demasiado blanda (dureza inferior a la recomendada), la contaminación abrasiva ingresa al espacio libre del rodamiento o el espacio libre de funcionamiento inadecuado causa agarrotamiento térmico bajo carga. Examine la superficie desgastada del cojinete con una lupa o un microscopio: el desgaste uniforme con una apariencia suave y bruñida es un rodaje normal; las ranuras profundas paralelas al eje del eje indican contaminación abrasiva; la puntuación circunferencial indica convulsión; La superficie emplumada o rasgada indica una sobrecarga por impacto.

Rodamiento girando en la carcasa

Un manguito sin aceite que gira en su alojamiento en lugar de que el eje gire en el manguito indica un ajuste de interferencia insuficiente: o el orificio del alojamiento está sobredimensionado, el diámetro exterior del manguito es de tamaño insuficiente o la interferencia se eliminó mediante el lubricante aplicado durante la instalación. Verifique el diámetro del orificio de la carcasa y compárelo con la tolerancia de la carcasa especificada por el fabricante del manguito. Si el orificio está dentro de la tolerancia y aún se produce giro, aumente la interferencia especificando la siguiente clase de tolerancia de diámetro exterior más ajustada o utilice un compuesto de retención de rodamientos como complemento. Tenga en cuenta que a altas temperaturas, la expansión térmica diferencial entre una funda de polímero y una carcasa de acero puede reducir o eliminar la interferencia; para aplicaciones de alta temperatura, se deben agregar elementos de retención mecánica (un anillo de retención, una carcasa con resalte o un tornillo de fijación) como retención secundaria.

Ruido y vibración después de la instalación

Los chirridos, castañeteos o vibraciones intermitentes en una nueva instalación de manguito de eje sin aceite generalmente indican uno de los siguientes: juego de funcionamiento insuficiente que causa fricción de deslizamiento (muy común con rodamientos compuestos de PTFE nuevos antes de que se establezca la película de transferencia; permita el período de rodaje), desalineación entre el eje y el eje del orificio de la carcasa (verifique la alineación de la carcasa; la desalineación causa carga en los bordes y desgaste asimétrico), ondulación de la superficie del eje que causa variaciones periódicas en la presión de contacto, o material del eje incompatible con el material del rodamiento (algunas combinaciones de eje y rodamiento tienen tendencia a (consulte los datos de compatibilidad del material del eje del fabricante del rodamiento)